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芬頓反應(yīng)器
|Fenton（中文譯為芬頓）是為數(shù)不多的以人名命名的無機化學(xué)反應(yīng)之一。1893年,化學(xué)家Fenton HJ 發(fā)芬頓反應(yīng)器
現(xiàn)，過氧化氫(H2O2) 與二價鐵離子的混合溶液具有強氧化性，可以將當(dāng)時很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態(tài)，氧化效果十分顯著。但此后半個多世紀(jì)中，這種氧化性試劑卻因為氧化性極強沒有被太多重視。但進(jìn)入20 世紀(jì)70 年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置，具有去除難降解有機污染物的高能力的芬頓試劑，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中體現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。當(dāng)芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時，尚不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應(yīng)到底生成了什么氧化劑具有如此強的氧化能力。二十多年后，有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基，否則，氧化性不會有如此強。因此，以后人們采用了一個較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：
Fe2+ +H2O2→Fe3+ + （OH）-+OH·①
從上式可以看出，1mol的H2O2與1mol的Fe2+反應(yīng)后生成1mol的Fe3+，同時伴隨生成1mol的OH-外加1mol的羥基自由基。正是羥基自由基的存在，使得芬頓試劑具有強的氧化能力。據(jù)計算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化電勢高達(dá)2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中僅次于氟氣。因此，持久性有機物，特別是通常的試劑難以氧化的芳香類化合物及一些雜環(huán)類化合物，在芬頓試劑面前全部被無選擇氧化降解掉。1975 年,美國著名環(huán)境化學(xué)家Walling C 系統(tǒng)研究了芬頓試劑中各類自由基的種類及Fe 在Fenton 試劑中扮演的角色，得出如下化學(xué)反應(yīng)方程：
H2O2 +Fe3+ → Fe2+ + O2 +2H+ ②
O2 +Fe2+→ Fe3+ + O2·③
可以看出,芬頓試劑中除了產(chǎn)生1 摩爾的OH·自由基外,還伴隨著生成1 摩爾的過氧自由基O2·，但是過氧自由基的氧化電勢只有1.3 V左右，所以，在芬頓試劑中起主要氧化作用的是OH·自由基。
發(fā)展
2009年，芬頓試劑和反應(yīng)還進(jìn)入了安徽省的高考題（請見原題），以有機污染物濃度隨時間的變化曲線表現(xiàn)芬頓反應(yīng)的降解速率受溶液溫度和pH影響的效果。開放性的命題形式和前沿的知識情境在考查化學(xué)反應(yīng)速率的同時，更強調(diào)了實驗探究思維、變量控制方法和科學(xué)視野拓展的需要。